TiO2-Al2O3-Fe3O4光催化磁流體的制備及其光催化與磁回收性能研究.pdf

1、納米TiO2光催化氧化降解水體污染物具有無選擇性和無二次污染等優(yōu)點，近年來成為去除水體有機污染物極具應(yīng)用前景的綠色治理辦法。為解決懸浮態(tài)納米TiO2粒徑小、回收利用難、運行成本增加的問題，磁載TiO2光催化劑的研究應(yīng)運而生。目前，部分學(xué)者選用鈦醇鹽為鈦源，Al2O3/Fe3O4載體為磁核，鈦鹽水解后得到Ti(OH)4溶膠，經(jīng)烘干研磨等處理過程后制備得到性能不同的磁載TiO2光催化劑。該過程制備的磁載TiO2光催化劑顆粒團聚現(xiàn)象明顯，烘干

2、研磨導(dǎo)致TiO2粉體脫落等問題。磁載TiO2光催化磁流體可在不經(jīng)烘干研磨的條件下，制得包覆和催化活性及磁回收性能良好的磁載TiO2光催化劑。但由于鈦酸丁酯水解速度快，生成的TiO2顆粒難以穩(wěn)定負(fù)載在Al2O3/Fe3O4載體表面，形成具有磁回收性能的殼/殼/核結(jié)構(gòu)的磁載TiO2光催化磁流體，因此在水熱反應(yīng)條件下如何制得催化活性及磁回收性能良好的TiO2光催化劑，是本文的研究重點。
　　本文以鈦酸丁酯為鈦源，Al2O3/Fe3O4載

3、體為磁核，通過探討不同制備條件下制備的Al2O3/Fe3O4載體對TiO2組裝成的磁載光催化磁流體催化性能的影響，選擇最佳的Al2O3/Fe3O4載體的制備條件，用水熱法制備成具有復(fù)合結(jié)構(gòu)的TiO2/Al2O3/Fe3O4多功能光催化磁流體，考察其理化性能和光催化性能;磁載TiO2/Al2O3/Fe3O4光催化磁流體的配料比、初始pH值和3種不同水解抑制劑冰乙酸(HAc)、乙酰丙酮(AcAc)和三乙醇胺(TEOA)對合成TiO2/Al2

4、O3/Fe3O4光催化磁流體的催化活性均有影響，其中水解抑制劑能夠抑制鈦酸丁酯的水解和縮聚速率，減緩其水解速率有利于生成包覆性能較佳的磁載TiO2光催化磁流體，輔以水熱反應(yīng)法，通過優(yōu)化TiO2/Al2O3/Fe3O4光催化磁流體的最佳工藝路線，制備光催化性能優(yōu)良、便于直接投入使用的磁載TiO2光催化磁流體。通過X射線衍射儀(XRD)、傅里葉紅外分光光度計(FT-IR)、掃描電子顯微鏡(SEM)、透射電子顯微鏡(TEM)及振動樣品磁強計(

5、VSM)等對制備的磁載TiO2光催化磁流體進(jìn)行了物相組成、形貌、表面性質(zhì)和磁學(xué)性能的表征分析。以初始濃度為25mg/L的苯酚溶液為模擬污染物，對其進(jìn)行光催化降解以考察其催化活性。主要研究結(jié)果歸納如下:
　　(1)采用低溫水熱反應(yīng)法制備TiO2/Al2O3/Fe3O4光催化磁流體，重點考察了Al2O3/Fe3O4載體制備過程中的反應(yīng)條件對所制備的磁載TiO2光催化磁流體物理化學(xué)性質(zhì)和光催化性能的影響。實驗結(jié)果表明，使磁載TiO2光催

6、化磁流體具有較高光催化活性的Al2O3/Fe3O4載體的制備條件為:原料配比Al2O3∶Fe2O4=4∶1，pH=7，煅燒溫度=400℃，保溫時間=60min，同時添加20ml0.1 mol/L的表面活性劑(SDBS)時，磁載TiO2光催化磁流體對苯酚的降解率達(dá)到81.2％。
　　(2)乙酰丙酮(AcAc)、三乙醇胺(TEOA)和冰乙酸(HAC)作為水解抑制劑，乙醇為分散劑，硝酸為溶劑同時酸性條件可減緩鈦酸丁酯的水解速率，Al2O

7、3/Fe3O4載體為磁核，通過溶膠-凝膠法在其表面固載納米TiO2粒子，經(jīng)低溫水熱反應(yīng)后制成殼/殼/核結(jié)構(gòu)的磁載TiO2光催化磁流體?？疾炝薚iO2/Al2O3/Fe3O4制備過程中的反應(yīng)條件對磁載TiO2光催化磁流體催化性能的影響。結(jié)果表明:TiO2∶Al2O3∶Fe3O4=60∶4∶1，氨水調(diào)節(jié)體系pH至9，水解抑制劑HAC=8ml時制備的磁載TiO2光催化磁流體催化活性達(dá)到81.2％，且納米TiO2粒子在磁核Al2O3/Fe3O4

8、載體表面的包覆性能穩(wěn)定。在外加磁場的作用下，催化劑可與液相迅速分離，回收率達(dá)到61.5％。
　　(3)結(jié)合本實驗前兩部分Al2O3/Fe3O4載體和TiO2/Al2O3/Fe3O4光催化磁流體的合成方法，根據(jù)負(fù)載顆粒的表面作用力影響其在溶液中的團聚和分散特性，在Al2O3/Fe3O4載體表面負(fù)載TiO2顆粒。當(dāng)溶液中的pH值分別使得Al2O3/Fe3O4載體和TiO2顆粒帶有相反的電荷時，能夠通過靜電作用力產(chǎn)生弱化學(xué)鍵，制備出具有

9、牢固負(fù)載性能的磁載TiO2/Al2O3/Fe3O4光催化磁流體，使其具有高催化效率的同時，克服制備過程繁瑣，成本過高的缺點。
　　(4)鈦酸丁酯作為鈦源遇水極易水解，生成白色絮狀沉淀，以大顆粒Ti(OH)n的形式單獨存在于溶液中。添加8ml HAc作為鈦酸丁酯的水解抑制劑時，能夠最大限度的減緩TiO2的生成速度，使得緩慢生成的TiO2顆粒能夠與Al2O3/Fe3O4載體充分接觸碰撞，制備出包覆效果和催化活性及磁回收性能最佳的磁載T